JP2012028394A - リアクトル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヨーク部は楕円形の巻鉄心を使用し、鉄心の脚部は巻鉄心を積み重ねることで磁気回路を構成したリアクトル装置において、製作工数が少なく、加工による鉄心の残留応力を少なく抑えたリアクトル装置を提供する。
【解決手段】脚部の巻鉄心１の端面の中心部から外形に向かって設けた切断部に絶縁物８、９を挿入し、その切断部を絶縁することで異常電流の短絡回路を切断する。鉄心切断後も鉄心の形状を固定するように固定治具を利用し、最終的にはバンドもしくはテープで固定する。本固定で使用するバンドは鉄心に流れる磁束に対して１ターンが出来ないようにする。
【選択図】図１１

Description

本発明は電源装置の平滑用のＬなどに用いられるリアクトル装置に関わり、特に非晶質を使用したリアクトル装置に関する。

リアクトルの鉄心に利用されている低損失の特徴を持つアモルファス（非晶質磁性合金）材は、加工による特性悪化が鉄心材で使用される電磁鋼板に比べて高いうえに加工性が悪い。また、焼鈍後、極端に脆くなることから低損失の材料特性を活かした鉄心製作が困難な材料である。特に積鉄心構造で使用する場合は、アモルファス材の板厚が0.025mmであり、割れないように積む作業に多大な労力を必要とすることからアモルファス材を使用した積鉄心はほとんど使用されていない。

通常、中、大容量級の鉄心を製作するのは巻鉄心構造では積鉄心構造が多く用いられる。しかし、アモルファス材ではその積鉄心の製作が困難なため大容量のリアクトルの製作には多大な労力と費用が掛かるのが現状である。

鉄心に掛かる応力を最低限に抑え、また、アモルファス材を使用したリアクトル装置の大型化を行うため、トロイダル鉄心を製作しその鉄心を積み重ねるという方法があるが、脚部鉄心において磁束が流れるとアモルファス薄帯の層間の絶縁が足りず、短絡回路が形成され、磁束の流れを打ち消すような異常電流が流れてしまうという問題点が発生した。

これを対策した従来技術として特許文献１〜３に記載されたものがある。特許文献1では、ブロック鉄心に非晶質磁性合金薄帯を用い、薄帯の巻回体の巻回厚さの中間部に珪素鋼板を巻回挿入することで薄帯の層を分割したものを径方向に切断してスリット部を形成したブロック鉄心が提案されている。この提案では珪素鋼板で薄帯の層を分割することにより、スリット部形成時に生じたバリが薄帯間を短絡することによる渦流損の低減を狙っている。

特許文献２では、非晶質合金薄帯を巻回してリング状積層体を作って積層方向に一箇所を切断し、再度巻回して切断箇所の両端の突き合わせ部分で曲線状（渦巻状）のスリットが構成されたリング状積層体を作っている。リング状積層体は焼鈍された後、スリットに絶縁物が挟み込まれ、ブロック鉄心の周方向に閉回路が形成されないようにしている。

実開昭６１−１８２３号公報 特開平０４−３４５００９号公報

しかしながら、特許文献１では、非晶質磁性合金薄帯の巻回厚さの中間部に珪素鋼板を巻回挿入し、その後に巻鉄心を焼鈍し、焼鈍後に放熱し、その後に樹脂を含浸し、樹脂を硬化し、その後に機械加工によりスリットを形成する、という多数の工程を必要とする。また、例えば、非晶質磁性合金薄帯の中間部への珪素鋼板の巻回挿入作業、焼鈍後の放熱、樹脂の含浸作業、樹脂の硬化作業の各作業のために長時間を要し、また、樹脂硬化やスリット形成に伴って残留応力が残り、磁気特性を低下させる恐れがある。

また、特許文献２では、リング状積層体を形成するのに巻回した巻鉄心を切断し、再度巻回して切断箇所の両端の突き合わせ部分で曲線状（渦巻状）のスリットが構成されたリング状積層体を作っているので工数がかかり、また、焼鈍後に鉄心の内側から外側に向かって渦巻状に延びるスリット部に絶縁紙を挟み込むので、作業が困難であるとともに挟み込み時に焼鈍後のアモルファスの破損量が増大する恐れがある。

本発明は上記従来技術の欠点に鑑み、製作工数が少なく、加工による鉄心の残留応力を少なく抑えたリアクトル装置を提供するものである。

本発明では、上記問題を解決するために、複数の脚部鉄心と脚部鉄心の両端に配置されたヨーク部鉄心を有するリアクトル装置において、
上記脚部鉄心は中心に挿通孔を有するとともに、径方向に沿って形成されたスリットを有する非晶質金属の巻鉄心で構成され、上記ヨーク部鉄心は略長円形状に形成され、前記脚部鉄心の挿通孔と連通する長孔を有する巻鉄心で構成されたことを特徴とする。

また、上記に記載のリアクトル装置において、前記脚部鉄心は巻鉄心を鉄心固定冶具に固定された状態でスリットの形成と焼鈍がなされたことを特徴とする。

また、上記に記載のリアクトル装置において、前記脚部鉄心は巻鉄心を鉄心固定冶具に固定した状態で焼鈍後に前記スリットに絶縁物が挿入されたことを特徴とする。

また、上記に記載のリアクトル装置において、前記鉄心固定冶具は前記スリットに対応する位置に作業スペースを有することを特徴とする。

また、上記に記載のリアクトル装置において、さらに前記脚部鉄心の挿通孔とヨーク部鉄心の長孔に挿通されるスタッドを設け、上記スタッドにより前記脚部鉄心とヨーク部鉄心を連結することを特徴とする。

本発明によれば、リアクトル装置の鉄心の磁気特性を低下させることなく、工数を大幅に低減できると共に、非晶質金属の破損を少なくすることができる。

本発明実施例のリアクトル装置の鉄心の組立て構造図。 同じくヨーク部鉄心の原形の平面図。 同じく成形後のヨーク部鉄心の平面図。 同じく脚部鉄心のスリット形成前の斜視図。 脚部鉄心の鉄心固定治具への装着時の説明図。 固定治具内の脚部鉄心へのスリット加工の説明図。 脚部鉄心のスリットへ挿入される絶縁物の斜視図。 絶縁物の分解斜視図。 絶縁物が挿入された脚部鉄心斜視図。 バンドで固定された脚部鉄心斜視図。 固定で使用するバンドの絶縁部を示す説明図。

以下、本発明の実施例について説明する。図１にリアクトル装置の鉄心の組立て構造を示す。リアクトル装置の鉄心は、脚部鉄心１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）とその上下両端に配置されたヨーク部鉄心２（２ａ、２ｂ）からなる。脚部鉄心１０はリング状のコアユニット１を複数個磁化方向に積み重ねて構成され、コアユニット１は非晶質金属（アモルファス金属）にて構成される。コアユニットは、図４に示すようにアモルファス金属を連続して巻回したトロイダル状で、最内周には鉄心締付け用のスタッドを通す小径の挿通孔１ａが設けられている。

ヨーク部鉄心２は、図２に示すように大径の内周を有するようにアモルファス金属を連続して巻回したトロイダル状に形成され、矢印方向に変形することにより図３に示す略長円形に形成され、同時に変形により大径の内周は締付け用のスタッドを通す挿通用の長孔２ｄとなる。上記略長円形と長孔は、アモルファス金属が割れないようのＲを付けて変形され、長孔２ｄについては、スタッドを通す部分以外には絶縁物を入れても良い。ヨーク部鉄心２は、脚部鉄心１０の上下端に配置され、外側を締付け板３（３ａ、３ｂ）を介して、スタッド４（４ａ、４ｂ、４ｃ）によって脚部鉄心１０と一体的に固定され、リアクトル装置の鉄心が形成される。脚部鉄心１０とヨーク部鉄心２は、同一材料の同一透磁率で構成されることにより、磁束の渡りがスムーズになり磁気特性を悪化させない。

上記脚部鉄心１０のリング状のコアユニット１についてさらに詳しく説明する。図４に示すように、アモルファス金属を連続して巻回したトロイダル状のコアユニット１を作る。次いで、図５に示すように、トロイダルコアユニット１を上下から鉄心固定冶具５、６で矢印方向に覆うように挟み込んで固定する。鉄心固定冶具５は中空の円筒形で下方に抜ける形状を有し、鉄心固定冶具６は中空の円筒形で上方に抜ける形状を有し、それぞれの内側の中心にトロイダルコアユニット１の挿通孔１ａに嵌入する軸５ｂ、６ｂが突設されている。また、鉄心固定冶具５、６には、トロイダルコアユニット１に径方向の切断部（スリット）を切断加工するための径方向に抜ける作業スペース（径方向の開口）５ａと６ａがそれぞれ設けられている。

鉄心固定冶具５、６は作業スペース５ａと６ａを一致させ、トロイダルコアユニット１を図５の矢印方向から覆って固定した状態で、作業スペース５ａ、６ａに加工具を挿入してトロイダルコアユニット１に径方向のスリット７を機械加工する（図６参照）。この加工に際しては、加工されるスリットの近傍が鉄心固定冶具５、６によって拘束されているので、アモルファス金属が大きく撓むことなく破損が少なく、加工精度も良くなる。また、加工時にバリが発生してもその仕上げ部分が拘束されて揃った状態なので容易に行える。鉄心固定冶具５、６はトロイダルコアユニット１のスリット７の加工後、コアユニット形状を一時的に保持することも目的であるため、治具の内径とトロイダルコアユニット１の外形の差は可能な限り近づけることが好ましい。

図６に示すようにスリット７が形成された後、鉄心固定冶具５、６に固定されたままの状態でコアユニット１を磁場中焼鈍を行う。次いで、このスリット７に絶縁物８が挿入され、コアユニット１が１ターンの短絡回路を形成するのを防止している。絶縁物８は、図８に示す２枚の絶縁物８ａ、８ｂを貼り合わせて各端面が断面Ｔ字状に形成し、挿入時にはＴ字状の下端を直線状に下方に延ばして図６のスリット７に上方から挿入し、挿入後下端を折り曲げて戻してコアユニット１の底面に貼り付ける。または、図９に示すようにノーメックス（登録商標）テープ等を直接スリット７に挿入して貼り付ける。これらの絶縁物は、鉄心固定冶具５、６に鉄心１が固定されたままの状態で挿入されるので、確実で容易に作業が行え、鉄心の破損が少なくて済む。

次いで、いずれかの一方の鉄心固定冶具を鉄心１から外し、図１０に示すようにトロイダルコアユニット１の外周を絶縁バンドもしくは絶縁テープ１１で締付けて固定し、もう片方の鉄心固定治具を外し、必要であれば同様に別のバンドもしくはテープで固定する。絶縁バンドもしくは絶縁テープ１１は、コアユニット１に流れる磁束に対して１ターンの短絡回路を形成しないように、絶縁物１２を介在させている。

上脚部鉄心１０のコアユニット１は上記のように構成され、複数積み重ねることによって、図１に示される脚部鉄心１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）が形成される。

以上説明したように、本実施例によれば、脚部鉄心のコアユニット１の成形に際し、接着剤やワニス等の使用がなく、また、コアユニット１を鉄心固定冶具に固定した状態でスリットの形成や絶縁物の挿入を行うので、工数が少なく作業能率が良い。さらに、残留応力がなく磁気特性を低下させる恐れがなく、アモルファス金属の破損も少ない。絶縁バンドや絶縁テープ１１でのコアユニット１の締付け固定も容易に作業が行える。

脚部鉄心とヨーク部鉄心の組立ては、両鉄心の挿通孔と長孔にスタッドを通すことで、一体的に固定され、作業能率が良い。

１…コアユニット、１ａ…挿通孔、２（２ａ、２ｂ）…ヨーク部鉄心、２ｄ…長孔、３…締付け板、４（４ａ、４ｂ、４ｃ）…スタッド、５、６…鉄心固定冶具、５ａ、６ａ…作業スペース、５ｂ、６ｂ…軸、７…スリット、８（８ａ、８ｂ）、９…絶縁物、１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）…脚部鉄心、１１…絶縁バンド、絶縁テープ、１２…絶縁物。

Claims (5)

1. 複数の脚部鉄心と脚部鉄心の両端に配置されたヨーク部鉄心を有するリアクトル装置において、
   上記脚部鉄心は中心に貫通する挿通孔を有するとともに、径方向に沿って形成されたスリットを有する非晶質金属の巻鉄心で構成され、上記ヨーク部鉄心は略長円形状に形成され、前記脚部鉄心の挿通孔と連通する長孔を有する巻鉄心で構成されたことを特徴とするリアクトル装置。
2. 請求項１に記載のリアクトル装置において、前記脚部鉄心は巻鉄心を鉄心固定冶具に固定された状態でスリットの形成と焼鈍がなされたことを特徴とするリアクトル装置。
3. 請求項２に記載のリアクトル装置において、前記脚部鉄心は巻鉄心を鉄心固定冶具に固定した状態で焼鈍後に前記スリットに絶縁物が挿入されたことを特徴とするリアクトル装置。
4. 請求項２または３に記載のリアクトル装置において、前記鉄心固定冶具は前記スリットに対応する位置に作業スペースを有することを特徴とするリアクトル装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のリアクトル装置において、さらに前記脚部鉄心の挿通孔とヨーク部鉄心の長孔に挿通されるスタッドを設け、上記スタッドにより前記脚部鉄心とヨーク部鉄心を連結することを特徴とするリアクトル装置。

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